CN109909979B

CN109909979B - 一种船舶螺旋桨轴孔柔性装配并联机器人

Info

Publication number: CN109909979B
Application number: CN201910304056.9A
Authority: CN
Inventors: 王皓; 陈根良; 杜聪聪; 李聪; 唐楚禹
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2019-04-16
Filing date: 2019-04-16
Publication date: 2022-01-07
Anticipated expiration: 2039-04-16
Also published as: CN109909979A

Abstract

本发明公开了一种船舶螺旋桨轴孔柔性装配并联机器人，涉及船舶制造和自动化装配领域，包括小车基座、固定机架、多个驱动模块和装配台；所述固定机架刚性固定在所述小车基座上；所述驱动模块与所述固定机架刚性连接；所述驱动模块由第一部件和第二部件构成，所述第一部件和所述第二部件之间由柔性机构连接；所述第二部件与待安装的螺旋桨刚性连接；所述装配台与待安装的桨轴刚性连接，并配备视觉测量设备。本发明的并联机构具有大负载、运动精度高的特点；弹性体支链结构在受到过大负载下可以顺应性变形。本发明基于视觉测量设备进行融合，实时监测轴孔的位置和姿态。因此，本发明不仅提升了装配工作的安全性，也提高了装配工作的效率和质量。

Description

一种船舶螺旋桨轴孔柔性装配并联机器人

技术领域

本发明涉及船舶制造和自动化装配领域，尤其涉及一种船舶螺旋桨轴孔柔性装配并联机器人。

背景技术

随着中国船舶工业的飞速发展，造船工艺也急需进行技术改造以达到缩短加工周期，减少人力成本和提高制造质量的目的。螺旋桨作为大型船舶的核心驱动元件，装配的质量不可避免地受到操作工人的经验、现场环境等不可控因素的影响，从而船体驱动的装配质量和装配工期无法得到可靠的保证。

目前，主流的装配工艺是采用绳索吊装，人工辅助观察调整的方式，最终通过反复调节的方式将螺旋桨装配进船体的驱动位置。人肉眼的方式降低对接的精度，无法保证装配的质量。在实际绳索吊装中，一旦螺旋桨出现晃动，则会增加来回调整时间和误差，工期进而拖长。借助人力和绳索吊装的安装方式，生产效率低下，同时会给操作人员带来安全隐患。

专利公开号为CN200610084899.5的专利申请中记载了一种船用螺旋桨及其装配方法。该螺旋桨包括一个浆毂和多个分离的叶片，以在所述的浆毂上的相应座孔中接合成一体。该螺旋桨装配方法包括在叶片固定安装于浆毂之前，根据预定的螺距角将叶片定向的工序。

专利公开号为CN104648611A的专利中记载了一种螺旋桨安装工具，涉及船舶制造设备技术领域。它包括环式液压千斤顶，该环式液压千斤顶的中部设有通孔，通孔外侧设置有缸套，该缸套的其中一个端面开有一环形槽，该环形槽内间隙装有环形活塞，环形槽的侧壁设有密封圈，环形槽的底部设有供液压油流通的油路，油路与环式液压千斤顶的外侧面连通，缸套的另一个端面外活动抵接有工装螺母。

以上两个发明虽然可以解决在螺旋桨装配过程中员工劳动强度大，生产效率低的问题，但依然存在不足之处：上述两种装置的输出自由度单一，无法灵活地控制螺旋桨轴的位置和姿态，不利于提高装配效率。其次，上述装置均为刚性连接待安装工件，当装配过程中的出现偏差的时候，对螺旋桨和安装的孔的操作安全性带来隐患。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种船舶螺旋桨轴孔柔性装配并联机器人，以便对螺旋桨进行自动化多自由度的调节，实现高精度装配。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是在保持高效的生产效率的同时，提供一种能够多自由度调节的螺旋桨轴孔自动装配对接系统，并对装配过程中的可能出现的偏差加以考虑，保证操作的安全性。

为实现上述目的，本发明提供了一种船舶螺旋桨轴孔柔性装配并联机器人，其特征在于，包括小车基座、固定机架、多个驱动模块和装配台；所述固定机架刚性固定在所述小车基座上；所述驱动模块与所述固定机架刚性连接；所述驱动模块包括第一部件和第二部件，所述第一部件和所述第二部件之间由柔性机构连接；所述第二部件与待安装的螺旋桨刚性连接；所述装配台与待安装的桨轴刚性连接。

进一步地，所述固定机架是一个特殊的几何形状，由一号型材、二号型材和三号型材组合而成；所述一号型材和所述二号型材由连接件进行组合安装而成，并且固定与所述小车基座上；所述三号型材固定在所述一号型材和所述二号型材构成的几何组合体的最外侧，并与所述驱动模块刚性连接。

进一步地，所述小车基座包括轨道轮、驱动电机、运动托板、固定前板、固定后板；所述轨道轮通过螺钉安装在所述运动托板下；所述驱动电机与所述轨道轮直连；所述固定前板和所述固定后板固定在所述运动托板上。

进一步地，所述第一部件是具有二自由度输出的模块，所述二自由度具体表现为一个转动自由度和一个平动自由度。

进一步地，所述第二部件是动平台；所述待安装的螺旋桨一头由所述动平台的内孔支撑，所述待安装的螺旋桨的端面通过螺钉固定于所述动平台上。

进一步地，所述装配台包括固定安装台和相机组；所述固定安装台与地面固定，所述待安装的桨轴布置在所述固定安装台的托架上，所述相机组布置在所述待安装的桨轴的两侧，并使所述相机组的视角包括所述待安装的螺旋桨的孔几何特征。

进一步地，所述柔性机构包含转接板、双层弹性板和和被动转动轴；所述转接板与所述第一部件通过螺钉连接；所述双层弹性板的一头安装在转接板的卡槽内，另一头与所述被动转动轴连接；所述被动转动轴固定于所述第二部件上。

进一步地，所述一号型材、所述二号型材和所述三号型材各有3个；所述特殊的几何形状是一个由所述一号型材构成等边三角形，所述二号型材连接于所述一号型材构成的所述等边三角形的中点位置，所述三号型材连接于所述二号型材外侧，形成一个在圆周上120度等分的结构；所述驱动模块有3个，分别安装于3个所述三号型材的外侧。

进一步地，所述第一部件是一个圆柱副形式的关节模块，其平动的路径和转动的轴线相互平行。

进一步地，所述关节模块包含圆柱副关节、二号驱动电机；所述圆柱副关节通过螺栓连接的方式与所述固定机架连接；所述二号驱动电机安装在所述圆柱副关节的两侧。

与现有技术方案相比，本发明的有益技术效果在于，该机器人采用三条支链并联构建而成，具有大负载、运动精度高的特点，能够实现对船舶螺旋桨这种重型装配的高精度操作。同时，弹性体支链在受到过大负载下的顺应性变形，最终既能保证装配的顺利，也不损坏被装配工件。另外，基于视觉测量设备进行融合，实时监测轴孔的位置和姿态，可以灵活地调整对接件的位置和姿态。机构能通过拍摄的几何特征实时反馈测量数据，运动精度高，无需进行反复核验，提高了工作效率和质量，机构操作安全性得到提高。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例的整体结构图；

图2是本发明一个较佳实施例的小车模块侧视图。

其中，1-小车基座，2-固定机架，3-驱动模块，4-装配台，5-轨道轮，6-驱动电机，7-运动托板，8-固定前板，9-固定后板，10-一号型材，11-二号型材，12-三号型材，13-连接件，14-圆柱副关节，15-二号驱动电机，16-转接板，17-双层弹性板，18-动平台，19-被动转动轴，20-螺旋桨，21-固定安装台，22-安装轴，23-相机组。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1所示，本发明一个较佳实施例中，本发明包括小车基座1、固定机架2、驱动模块3和装配台4。固定机架2安装在小车基座1上，驱动模块3有多个，分别对应安装在固定机架2的三个侧面上，装配台4固定在地面上，与其他模块相配合。

小车基座1包括轨道轮5、驱动电机6、运动托板7、固定前板8、固定后板9。轨道轮5通过螺钉安装在运动托板7下，驱动电机与轨道轮5直连，固定前板8和固定后板9安装在运动托板7上。

驱动模块3是具有二自由度输出的模块，具体表现为一个转动和一个平动自由度的输出。如图1所示为例，是一个圆柱副形式的关节模块，其平动的路径和转动的轴线是相互平行的。具体包括：圆柱副关节14、二号驱动电机15、转接板16、双层弹性板17、动平台18、被动转动轴19和螺旋桨20。圆柱副关节14通过螺栓连接的方式与固定机架2固定，二号驱动电机15安装在圆柱副关节14的两侧。转接板16与圆柱副关节14通过螺钉连接，双层弹性板17的一头安装在转接板16的卡槽内，双层弹性板17的另一头通过被动转动轴19与动平台18相连接。螺旋桨一头由动平台18的内孔支撑，端面通过螺钉与动平台18相互连接。

装配台4包括：固定安装台21、安装轴22和相机组23。固定安装台21与地面固定，安装轴22布置在固定安装台21的托架上，相机组23布置在安装轴22的两侧，并使相机23的视角包括螺旋桨20上的孔几何特征。

如图2所示，固定机架2包括结构件，通过直接的连接组合成一个特定的几何形状。以图2为例，主要包括一号型材10、二号型材11、三号型材12、连接件13。一号型材10、二号型材11和三号型材12之间是通过连接件13进行组合安装而成。三号型材12安装在几何组合体的最外侧。固定机架2位于固定前板8、固定后板9之间。其中一号型材10、二号型材11和三号型材12是工业中的标准规格，分别为2020欧标铝型材、2080铝型材(长度长)、2080铝型材(长度短)，连接件13也是配套的标准连接件(90度，120度)。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种船舶螺旋桨轴孔柔性装配并联机器人，其特征在于，包括小车基座、固定机架、多个驱动模块和装配台；所述固定机架刚性固定在所述小车基座上，所述固定机架是一个特殊的几何形状，由一号型材、二号型材和三号型材组合而成，所述一号型材和所述二号型材由连接件进行组合安装而成，并且固定在所述小车基座上，所述三号型材固定在所述一号型材和所述二号型材构成的几何组合体的最外侧，并与所述驱动模块刚性连接，所述一号型材、所述二号型材和所述三号型材各有3个，所述特殊的几何形状是一个由所述一号型材构成等边三角形，所述二号型材连接于所述一号型材构成的所述等边三角形的中点位置，所述三号型材连接于所述二号型材外侧，形成一个在圆周上120度等分的结构，所述驱动模块有3个，分别安装于3个所述三号型材的外侧；所述驱动模块与所述固定机架刚性连接；所述驱动模块包括第一部件和第二部件，所述第一部件是具有二自由度输出的模块，所述二自由度具体表现为一个转动自由度和一个平动自由度，所述第一部件是一个圆柱副形式的关节模块，其平动的路径和转动的轴线相互平行，所述关节模块包含圆柱副关节、二号驱动电机，所述圆柱副关节通过螺栓连接的方式与所述固定机架连接，每个所述关节模块包括2个所述二号驱动电机，所述二号驱动电机安装在所述圆柱副关节的两侧；所述第一部件和所述第二部件之间由柔性机构连接，所述柔性机构包含转接板、双层弹性板和被动转动轴；所述转接板与所述第一部件通过螺钉连接；所述双层弹性板的一头安装在转接板的卡槽内，另一头与所述被动转动轴连接；所述被动转动轴固定于所述第二部件上；所述第二部件与待安装的螺旋桨刚性连接；所述装配台与待安装的桨轴刚性连接。

2.如权利要求1所述的柔性装配并联机器人，其特征在于，所述小车基座包括轨道轮、驱动电机、运动托板、固定前板、固定后板；所述轨道轮通过螺钉安装在所述运动托板下；所述驱动电机与所述轨道轮直连；所述固定前板和所述固定后板固定在所述运动托板上。

3.如权利要求1所述的柔性装配并联机器人，其特征在于，所述第二部件是动平台；所述待安装的螺旋桨一头由所述动平台的内孔支撑，所述待安装的螺旋桨的端面通过螺钉固定于所述动平台上。

4.如权利要求1所述的柔性装配并联机器人，其特征在于，所述装配台包括固定安装台和相机组；所述固定安装台与地面固定，所述待安装的桨轴布置在所述固定安装台的托架上，所述相机组布置在所述待安装的桨轴的两侧，并使所述相机组的视角包括所述待安装的螺旋桨的孔几何特征。